D-Star
Transcription
D-Star
PRESENTATION DU D-STAR Salon Radio F5KMB, 7 Mars 2015 Présenté par Fabrice, F5HCC SOMMAIRE • Préambule : Les modes numériques, c’est quoi et comment ça marche ? • Un pionnier dans les modes « voix numérique » pour les radioamateurs : le D-Star • Le fonctionnement et les possibilités du D-Star • Le réseau Français existant • Le matériel D-Star et combien ça coûte … Préambule Les modes numériques, c’est quoi et comment ça marche ? • • Les modes numériques : Les signaux électriques (voix ou données) sont transmises sous forme de suites de nombres, codés sous formes de « 0 » et « 1 ». Des exemples de transmission d’infos numériques : le RTTY (texte), le PSK31 (texte), le Packet Radio (texte et données), l’APRS (texte et données), le D-Star (voix et données), le DMR (voix et données), le Tetra (voix et données), mais aussi… la télégraphie (texte) !!! Pourquoi passer en numérique ? • Les avantages de la transmission numérique de la voix : - Meilleure qualité audio : pas de souffle quand le signal diminue, c’est du « tout ou rien » (ça passe… ou pas !!!) - Meilleure efficacité spectrale : dans un canal radio de 12,5 KHz, on peut faire passer une ou plusieurs communications - Possibilité de transmettre des données en même temps que la voix (géo localisation, minimessages, données…) Principe du traitement du signal analogique • Le signal analogique (BF micro) est « numérisé » . L’amplitude du signal est mesurée avec une fréquence de 8 KHz (le double de la bande passante BF désirée, soit 4 KHz pour la voix) et quantifiée sur 16 bits (valeur entre 0 et 65535) 010111100010101101… • • • Mais le « débit obtenu » (nombre de 0 et de 1 par seconde), soit 16 bits x 8000 échant./s = 128 kb/s, est beaucoup trop important pour passer dans un « canal » radio de 12,5 KHz !!! Il faut « compresser » le flux de données en appliquant des algorithmes mathématiques qui permettent de réduire ce débit en dégradant au minimum le signal d’origine Parmi les méthodes de « vocodage » (codage de la voix), il existe le procédé appelé Advanced Multi-Band Excitation (“AMBE”) développé par Digital Voice Systems, Inc (« DVSI ») qui permet de réduire le débit à 2400 b/s. Cette technologie est utilisée pour le D-Star, le DMR, le P25, etc… On ajoute ensuite des données de correction d’erreur et des données diverses (GPS, minimessages,…) à concurrence de 4800 b/s Un pionnier dans les modes « voix numérique » pour les radioamateurs : le D-Star Qu’est-ce que le D-Star ? • D-Star signifie Digital Smart Technology for Amateur Radio • D-Star est un standard de radiocommunications numérique créé par des radioamateurs et destiné aux radioamateurs; ce n’est pas un mode « professionnel » adapté pour les radioamateurs • D-Star est un système proposé en 1999 par la JARL (déjà 16 ans), avec le support financier du gouvernement Japonais – JARL = Japanese Amateur Radio League = une association de radioamateurs – Le protocole D-Star est complètement décrit dans un document de la JARL – ICOM est le seul constructeur qui a développé le matériel nécessaire au déploiement de ce mode numérique (postes et relais) ainsi que le protocole utilisé pour l’interconnexion des relais (“Gateway G2”) – D-Star n’est pas un produit de fabricants ! Le fonctionnement et les possibilités du D-Star • • • • • • • • • Le D-Star utilise le codec AMBE II de DVSI (utilisé ensuite en version II+ pour le P25 phase 2, le DMR et le dPMR) Le débit est de 4800 b/s : 2400 b/s pour la voix compressée, 1200 b/s pour la correction d’erreur et 1200 b/s pour la signalisation et les données (indicatif, messages, GPS, données…) La modulation est le GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying ou modulation à déplacement minimum gaussien), utilisé également pour la norme téléphonique GSM En mode “DV”, on peut transmettre simultanément de la voix et des données à 1200 b/s sur 2 m , 70 cm ou 23 cm, mais aussi en HF En mode “DV+”, on peut transmettre simultanément de la voix et des données à 3600 b/s sur 2 m , 70 cm ou 23 cm En mode “DD”, on peut transmettre des données à haute vitesse (128 kb/s) sur 23 cm La transmission de données s’effectue au travers du port série du poste en utilisant un logiciel dédié comme D-RATS (gratuit) qui est multi-plateformes (Windows, Mac OS, Linux), multi-interfaces (poste D-Star, Internet, DV Dongle, TNC en mode KISS) et multifonctions (messagerie, chat, transfert de fichiers, cartographie, géolocalisation) Possibilité d’interconnexion des relais via des passerelles (“Gateway”) Possibilité de géolocalisation avec le DPRS et les passerelles vers le réseau APRS Les 2 types de trames du D-Star Trames DV (Digital Voice) et DD (Digital Data): radio header data ID bit sync frame sync 64 bits 15 bits flag 1 flag 2 flag 3 1 octet 1 octet 1 octet destination repeater callsign departure repeater callsign companion callsign own callsign 1 own callsign 2 P_FCS 8 octets 8 octets 8 octets 8 octets 4 octets 2 octets 72 octets voice data voice 24 octets 72 octets data voice 24 octets 72 octets data 24 octets 41 octets soit 328 bits 328 bits + 2 zéros + convolution = 660 bits radio header data ID bit sync frame sync 64 bits 15 bits flag 1 flag 2 flag 3 1 octet 1 octet 1 octet MAC header destination repeater callsign departure repeater callsign companion callsign own callsign 1 own callsign 2 P_FCS E_LEN 8 octets 8 octets 8 octets 8 octets 4 octets 2 octets 2 octets 6 octets 6 octets 2 octets identique à la trame de données FCS SA DA type data frame CRC 46 - 1500 octets 4 octets Le spectre du signal D-Star • • Efficacité spectrale en VHF et UHF – largeur de bande 6,25 kHz – possibilité de canaux à 10 ou 12,5 kHz – quand le niveau RF est bon l'audio est meilleure qu’en FM – quand le niveau RF est mauvais, il y a perte de trames et apparition de “R2D2” (“trous” dans la modulation) – Remarque : le « R2D2 » est volontaire, il permet de se rendre compte qu’une liaison est difficile, contrairement à d’autres modes numériques (DMR, P25,…) qui interrompent brutalement la liaison. Efficacité spectrale en HF (avec IC-7100 ou IC-9100) – largeur de bande 6,25 kHz, identique à l’AM Schéma bloc d’un poste D-Star La différence entre un poste NBFM et D-STAR c’est un module à ajouter (cas du IC-E2820) ou inclus d’origine (ID-31, ID-51, ID-5100…) audio trame AMBE 16 bits trame D-Star IF P.A. ADC codage AMBE codage de canal D-star modulateur GMSK O.L synthétiseur 1200 bits/s DAC décodage AMBE décodage de canal D-star démod. GMSK ampli F.I. étage d'entrée Les 3 types d'utilisation 0 MHz ou 433.45 145.375 • En simplex • Via un relais IC-E2820 RX TX contrôleur relais Modem GMSK + Gestion des Trames D-Star • En passant par une passerelle (“gateway”) sur un relais (duplex) ou un HotSpot (simplex) interconnecté à un autre système (relais, hotspot, réflecteur) au travers d’un réseau. A l’origine, ICOM avait prévu des liaisons privées avec des liens sur 10 GHz. Maintenant, on utilise Internet (réseau public) ou Hamnet (réseau privé). RX TX RX contrôleur • Dans ce cas, il est nécessaire de s’enregistrer sur le réseau mondial D-Star pour certaines fonctionnalités (routage au travers du réseau) contrôleur relais 1 Modem GMSK Gestion des Trames D-Star Gestion de la passerelle TX relais 2 Internet Le Hotspot Le Hotspot (« point d’accès » en Français) permet de trafiquer en D-Star en simplex sur le réseau mondial avec un poste. Antenne TX/RX BF Modem GMSK DATA Processeur Réseau Modem GMSK : Il assure la modulation et la démodulation de la BF selon la norme GMSK Processeur : Ordinateur (PC/MAC) ou carte micro-controleur (Raspberry Pi,…) Il assure le traitement des trames D-Star et la fonction de passerelle (« gateway en Anglais) vers le réseau mondial via Internet ou Hamnet Il existe des hotspots commerciaux, mais on peut aussi en réaliser un soi-même ! Le relais Le relais permet de trafiquer en D-Star en duplex avec une autre station ou sur le réseau mondial avec un poste. Antenne TX BF Modem GMSK Duplexeur RX DATA Processeur Réseau BF Modem GMSK : Il assure la modulation et la démodulation de la BF selon la norme GMSK Processeur : Ordinateur (PC/MAC) ou carte micro-controleur (Raspberry Pi,…) Il assure le traitement des trames D-Star et la fonction de passerelle (« gateway en Anglais) vers le réseau mondial via Internet ou Hamnet Il existe des relais commerciaux, mais on peut aussi en réaliser un soi-même ! Réseau Internet et adresses IP • Le réseau D-STAR mondial a besoin d’adresses IP et d’une table de liaison entre adresses IP et indicatifs, d’où la nécessité d’un serveur qui référence les utilisateurs et les passerelles • Le premier serveur a été créé au Japon, puis il a été remplacé par l’US-Trust Server. Il référence environ 575 passerelles « activées » (dont environ 520 connectées actuellement) • Suite à la mise en place du protocole ircDDB, un serveur référence environ 1300 passerelles « activées » (dont 950 connectées actuellement), mais seulement 290 en commun avec le US-Trust Server (parmi les passerelles connectées) US-Trust Server (= ICOM) 520 gateways ircDDB 290 950 gateways Les réflecteurs • • • • • • Un réflecteur est un sorte de “salle de réunion”. Tous les relais, tous les hotspots, tous les équipements qui y sont connectés peuvent communiquer entre eux. Les réflecteurs desservent en général des zones géographiques (Benelux, Japon, Royaume-Uni,…) ou des zones linguistiques (Francophonie,…). En pratique, c’est un serveur relié à Internet et auquel les « clients » (relais, hotspots,…) viennent se connecter. A l’origine, il y avait les réflecteurs « DPLUS », un système qui permet d’acheminer des indicatifs et d’établir des liens entre les relais D-STAR d’ICOM et d’autres équipements (hotspots, DV-dongle, …). Ils sont repérés « REFxxx » et comportent au maximum 4 « modules » (A, B, C, D). Par exemple, la Francophonie (France, Belgique, Suisse, Québec,…) utilise le « REF005B » (abandonné…) Ces réflecteurs ont été suivi par une nouvelle génération en « Dxtra », les « DCS » (« Digital Callsign Server ») qui comportent jusqu’à 26 « modules » (A à Z). La Francophonie utilise le « DCS033x », la Wallonie le « DCS011D ». Il existe également des réflecteurs « XRFxxx ». La Francophonie utilise le « XRF333A ». En règle générale, les relais et hotspots sont connectés en permanence sur un réflecteur, mais on peut les déconnecter et les reconnecter sur un réflecteur de son choix. Cette fonction est quelque fois désactivée par le « sysop ». Le réseau D-Star Mondial Hotspot Relais Hotspot Réflecteur D-PLUS Relais Serveur USTRUST Hotspot Internet ou Hamnet Serveur ircDDB Relais Relais Réflecteur Dxtra Réflecteur D-PLUS Réflecteur Dxtra Le matériel D-Star • • • • • Pour trafiquer en mode D-Star, il faut un poste (mais pas toujours…) et des correspondants ! On peut contacter les correspondants en simplex, via un relais D-Star ou via un Hotspot relié au réseau D-Star ICOM est le seul constructeur de matériel radioamateur qui s’est engagé à fabriquer du matériel compatible D-Star (postes et relais) Des solutions alternatives sont apparues au fil du temps pour les relais et les hotspots, et un constructeur américain, Connect Systems (http://www.connectsystems.com/) a conçu un poste portable analogique/numérique, le CS-7000 compatible avec plusieurs normes numériques (D-Star/DMR/dPMR/P25/FUSION/NXDN) disponible aux USA depuis peu et qui sera disponible en Europe dans quelques semaines, puis d’un poste mobile Si la fabrication « OM » d’un poste est compliquée (il faut gérer le protocole), la réalisation d’un relais ou d’un hotspot est très facile et peu couteuse Le D-Star sans acheter un poste… • Pour trafiquer en D-Star, il faut un Codec AMBE sous forme de circuit intégré ou d’algorithme logiciel implémenté dans un DSP (processeur de traitement du son) • Pour écouter : • On peut écouter le trafic D-Star local en se procurant le décodeur multi-modes ARD300 d’AOR connecté à un récepteur sur la sortie FI. Le prix est assez élevé (850 Euros), mais ce matériel décode plusieurs modes numériques (D-Star, DMR, YAESU Fusion, dPMR, APCO P25). Le D-Star sans acheter un poste, suite… Pour Trafiquer : On peut trafiquer en D-Star (émission et réception) en utilisant un ordinateur (sous Windows, Mac-OS, Linux) avec une connexion Internet et un boitier incluant le codec AMBE (chip DVSI) connecté sur le port USB. Le DV-Dongle de Moetronix est vendu environ 200 $ aux USA. Le DV3000U de NW Digital radio est vendu 120 $ aux USA. Ces boitier se connectent sur un port USB et permettent de trafiquer en D-Star en utilisant un micro-casque et un logiciel dédié qui permet de se connecter aux réflecteurs. Les postes D-Star Marque Modèle Type Fréquences Prix Moyen Remarque ICOM ID-31 Portable UHF 299 € ICOM ID-51 Portable VHF / UHF 469 € ICOM ID-51 + Portable VHF / UHF 489 € ICOM ID-E880 Mobile VHF / UHF 499 € ICOM ID-5100 Mobile VHF / UHF 649 € ICOM IC-7100 Mobile Déca/VHF/UHF 1290 € ICOM IC-9100 Base Déca/VHF/UHF 3350 € Module D-Star UT-121 : 215 € CONNECT SYSTEMS CS7000 Portable UHF 249 $ Annoncé pour mi 2015 en Europe WIMO Les Hotspots personnels D-Star • • • • Sans correspondant, ni relais à proximité, on peut utiliser un poste D-Star et un « Hotspot personnel » pour contacter d’autres radioamateurs au travers d’une connexion Internet. Un Hotspot personnel est constitué d’un émetteur-récepteur (généralement de faible puissance), d’un modem GMSK et d’une logique qui gère le protocole et la connexion vers l’Internet. La partie logique peut être intégrée au hotspot (Babystar et Daddystar ON8JL, DVRPTR V3) ou réalisée avec un ordinateur même peu puissant (Rasperry Pi, Banana Pi, PC, MAC,…) La partie « émetteur-récepteur et modem GMSK » peut être « monobloc » (DV-AP, DV-Mega Raspberry Pi radio) ou de fabrication « OM » avec un poste quelconque (radiotéléphone FM de récup modifié pour le packet 9600 bps) et un modem GMSK en kit ou assemblé Les relais D-Star • Les relais ICOM : ICOM commercialise des modules permettant de constituer des relais multi-bandes, VHF, UHF et SHF ID-RP2C : Module Contrôleur ID-RP2000V : Module TRX 2 m « DV » (voix) ID-RP4000V : Module TRX 70 cm « DV » (voix) ID-RP2V : Module TRX 23 cm « DV » (voix) ID-RP2D : Module TRX 23 cm « DD » (données) Si on veut connecter le relais au réseau D-Star, il faut ajouter un ordinateur tournant sous Linux et se procurer le logiciel « passerelle » G2 (payant) ou « ircDDb » (gratuit). Le budget est de plusieurs milliers d’Euros… • Les relais « semi-OM » : On utilise 2 postes (prévoir le duplexeur et les antennes…) et une logique (Daddystar ON8JL ou DVRPTR V3). Le budget est d’environ 500 Euros… Les relais D-Star, suite… • Les relais « OM » : On utilise 2 postes FM (prévoir le duplexeur et les antennes…) , un DV-Node (modem GMSK) en kit ou assemblé, un ordinateur (même peu puissant comme le Raspberry Pi) tournant sous Linux (de préférence, pour la stabilité) et un logiciel gratuit (G4KLX ou WinDV) Le budget est d’environ 300 Euros… Et c’est « fabrication OM » !!! • Remarque pour les « hotspots personnels » : La même méthode est applicable pour faire un hotspot personnel « OM ». On utilise un poste FM, un DV-Node, un Raspberry Pi (si vous ne voulez pas monopoliser l’ordinateur de la station) et le logiciel gratuit. Le budget peut descendre à… 150 Euros (un Raspberry Pi avec un module DV-Mega Raspberry Pi UHF Radio) !!! Les Hotspots commerciaux Modèle Description Utilisation Prix indicatif Babystar ON8JL Hotspot autonome incluant un TRX UHF 10 mW Hotspot personnel avec une connexion Internet 240 € en Belgique (ON8JL) Daddystar ON8JL Logique Hotspot ou relais nécessitant un ou deux postes Hotspot personnel ou relais avec une connexion Internet 310 € en Belgique DVRPTR V3 Logique Hotspot ou relais nécessitant un ou deux postes Hotspot personnel ou relais avec une connexion Internet 149 € Carte de Base 84 € Option AMBE 69 € Option Réseau 324 € Complet en boitier avec afficheur En Allemagne (Helitron) Relais DV ou hotspot avec ou sans connexion Internet 135 € + port En Allemagne (Helitron) DVRPTR V2-LT Logique relais nécessitant deux postes Pour la réalisation « OM » Type Modèle Utilisation Fournisseur Prix indicatif Remarque Microordinateur Raspberry Pi B+ ou 2B Logique Relais / Hotspot Kubii (Farnell) De 33 à 40 € (plus le port) Prévoir une alimentation 5V, une carte SD 4 ou 8 GO et un boitier DV-Node Dutch-Star Modem GMSK à connexion USB pour relais / Hotspot Dutch-Star (Pays-Bas) 85 € en kit 135 € montétesté Stock aux USA DV-Node MoenComm Modem GMSK à connexion USB pour relais / Hotspot MoenComm (USA) 143 $ port inclus Module pour Raspberry Pi Raspberry Pi UHF Radio Module avec modem GMSK et TRX UHF 10 mW pour hotspot DV-Mega (Pays Bas) 90 € plus port Pour la réalisation « OM », suite… Type Modèle Utilisation Fournisseur Prix indicatif Remarque Module pour Raspberry Pi Raspberry Pi Radio Dualband Module avec modem GMSK et TRX VHF et UHF 10 mW pour hotspot DV-Mega (Pays Bas) 135 € plus port Module pour Arduino DV Dualband Radio Hotspot Module avec modem GMSK et TRX VHF et UHF 10 mW pour hotspot DV-Mega (Pays Bas) 85 € plus port Nécessite un Arduino UNO et un ordinateur Module pour Arduino DV GMSK Modem Module modem GMSK pour DV-Node DV-Mega (Pays Bas) 60 € plus port Nécessite un Arduino UNO Module pour Raspberry Pi DV3000DS Module codec AMBE NW Digital Radio (USA) 100 $ plus port Permet de réaliser un relais mixte DV-AP Clé USB avec TRX UHF 10 mW et modem GMSK Hotspot avec un ordinateur USA 250 US$ aux USA Pour la réalisation « OM », suite… Type Modèle Utilisation Fournisseur Prix indicatif DV-Dongle Clé USB avec Codec AMBE Avec un ordinateur Moetronix (USA) 200 US$ aux USA (plus port) DV3000U Clé USB avec Codec AMBE Avec un ordinateur NW Digital Radio (USA) 120 US$ aux USA (plus port) TX/RX Argent Data System FC-301/D VHF ou UHF Emission/Réce ption VHF ou UHF / 5W Dutch-Star (Pays-Bas) 159 € (plus port) Remarque Le relais qui tourne au Salon… Antenne TX UHF 439,9625 MHz BF Modem GMSK Duplexeur RX UHF 430,5625 MHz BF USB Raspberry PI Eth Livebox Internet Et…Combien sommes nous en France ? Au 26/02/2015, en France : - - 97 Indicatifs « F » et « TK » différents entendus en France en mode D-Star sur le réseau ircDDB (QSO effectué sur un relais connecté au réseau mondial), soit + 20% en 5 mois (81 utilisateurs en Octobre 2014) et + 47% en 11 mois (66 utilisateurs en Avril 2014) !!! 1 passerelle ICOM G2 connectée sur le réseau US-TRUST 19 relais connectés sur le réseau ircDDB Une soixantaine de relais et hotspots connectés en permanence sur le réflecteur francophone DCS033 Et dans le monde ? • Au 01/01/2015 (source CSRA D-STAR University 2015): Plus de 38700 utilisateurs enregistrés dans le monde sur le réseau US-TRUST, qui utilisent plus de 2740 répéteurs et plus de 1150 passerelles sur ce réseau. Et encore plus sur les DCS, XREF… Relais et Hotspots D-Star en France Et en Europe… Pour en savoir plus sur le D-Star… • • • • • • • • • • • • Le « Réseau International D-Star Francophone » animé par VE2DTZ tous les samedis à 15H00 UTC sur le réflecteur VE2VPS_C (connectez votre relais local ou votre hotspot sur ce réflecteur) Le réseau D-Star en HF 6 fois par semaine à 1H30 UTC Une association « spécialisée » dans les modes numériques, le Digital RadioAmateur France » (DR@F) http://www.draf.asso.fr/ e-mail : [email protected] Les sites des Oms Français : F1SMF http://f1smf.free.fr/ , F4GEN http://www.f4gen.fr/ , le site de référence www.dstar-france.fr, et probablement d’autres… Le site de l’UBA https://sites.google.com/site/ubabxe/Home/d-star Le site Western D-Star pour les logiciels pour le Raspberry (images Linux complètes avec logiciels de G4KLX) http://www.westerndstar.co.uk/index.html Les sites pour se procurer un modem GMSK http://www.dutch-star.eu/index.aspx , http://www.moencomm.com/ , http://www.dvrptr.net/ (DVRTPR_V1) , http://www.helitron.de/ (DVRPTR_V3 et V2-LT) Le site d’ON8JL pour se procurer un hotspot personnel (BabyStar) ou un controleur de relais ou hotspot (DaddyStar) http://www.on8jl.be/index.php Les logiciels de Jonathan Naylor, G4KLX (relais , hotspot, passerelle ircDDB pour Linux et Windows) sont dans la section « files » des groupes de discussion Yahoo PCRepeaterController et ircDDBGateway Pour se procurer une platine DV Mega pour Raspberry ou Arduino http://www.dvmega.auria.nl/ N’hésitez pas à contacter votre serviteur pour des infos : [email protected] N’oubliez pas que les moteurs de recherche sur Internet sont vos amis… Remerciements • Sources pour la réalisation de cette présentation : Pierre CORNELIS, ON7PC ICOM Site www.dstar-france.fr Site www.dstarinfo.com Site ircDDB Dutch-Star DVRPTR (Allemagne et Canada) • Tous les Oms qui ont contribué à la création du D-Star puis à son développement en France et ailleurs: JARL et son équipe qui a imaginé le D-Star pour nous Le DR@F qui a aidé (avec d’autres) à faire modifier la réglementation nous concernant G4KLX et DL5DI pour leurs logiciels F4EGG et F4GEN pour leur site Internet « Dstar-France » Tous les OMs qui ont mis en place un relais ou un hotspot au service de la communauté Et tous les copains qui trafiquent tous les jours !!! Cette présentation peut être réutilisée telle quelle ou en tant que base pour une autre présentation, sans accord préalable de son auteur, F5HCC. Cependant, il est demandé d’en respecter l’esprit et d’informer l’auteur des modifications éventuelles ([email protected]). Merci.